记忆合金弹簧控制振动响应峰值的方法技术

本发明专利技术公开了一种记忆合金弹簧控制振动响应峰值的方法，包括以下步骤：１）根据被减振设备的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值；２）根据给定的减振空间、减振设备的重量及安装的要求，确定记忆合金超弹性弹簧类型；３）利用记忆合金超弹性平台效应，计算记忆合金超弹性弹簧的承载力，得到记忆合金超弹性弹簧的参数和数量；４）安装记忆合金超弹性弹簧，实现对振动响应峰值的控制。本发明专利技术根据被减振设备的材料、形状和给定的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值，再根据减振空间选择弹簧类型，并利用记忆合金超弹性平台，控制振动的响应峰值，可以使响应峰值稳定在预定的范围内，有效地保护了设备的安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制振动响应峰值的方法，特别是利用记忆合金弹簧控制 振动响应峰^直的方法。
技术介绍
利用弹簧的特性和高阻尼减振垫、减振器，对空间飞行器的机械工程结构 消耗能量进行减振隔振，是传统的减振隔振方法。随着动载荷的增加，振动响 应峰值仍有一定的增加，响应峰值还有可能超载而引起产品的损坏或失效。一 般情况下，传统的减振隔振在某频段峰值的减振措施往往对另 一些频段的峰值 减振作用不大或不再起减振的作用，需再选择弹簧参数，多选减振垫、减振器。 这样减振隔振就较复杂，并且体积大、重量大，在空间飞行器上使用适应性4交差。另外，高阻尼减振件往往是高分子材料件，真空环境下易挥发产生污染； 高分子材料件随着温度的下降，减振性能变差，在空间飞行器上使用局限性專交 大。同时，也有用增加机械结构的刚度以减少放大倍数而增重的方法，这也不 利于空间飞行器上的使用。利用记忆合金丝超弹性的特性，与常用的减振弹簧组成高阻尼减振系统或 用记忆合金超弹性耗能减振装置、记忆合金减振器、记忆合金拟金属阻尼元件 减振器，能充分发挥记忆合金超弹性阻尼的作用，降低振动响应的峰值。目前 采用的方法一般是通过弹簧和记忆合金丝组合或通过记忆合金丝与橡胶阻尼组 合，发挥记忆合金超弹性阻尼的作用，来降低振动响应的峰值。这种方法在建 筑等行业有相关研制报道，但是所需要空间尺寸较大，重量较重，在工程应用 中仍在探索阶段，不适于在空间飞4亍器上4吏用。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服传统减振隔振技术的不足，提供一种体积小、重量轻，能使振动响应峰值保持在限定范围内，且全频段都能减振隔振的 。本专利技术的技术解决方案是，包括 以下步骤1 )根据被减振设备的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值；2) 根据给定的减振空间、减振设备的重量及安装的要求，确定记忆合金超弹性弹 簧类型；3)利用记忆合金超弹性平台效应，计算记忆合金超弹性弹簧的承载力， 得到记忆合金超弹性弹簧的参数和数量；4)安装记忆合金超弹性弹簧，实现对 振动响应峰值的控制。所述，还包括记忆合金弹簧参数的 测试和修正步骤。当减振空间小于20mm时，所述的记忆合金超弹性弹簧为弹簧片；当减振 空间为20mm 100mm时，所述的记忆合金超弹性弹簧为板簧；当减振空间大 于100mm时，所述的记忆合金超弹性弹簧为圆柱弹簧。根据减振设备的重量 和减振的要求，可灵活选定各类型的减振弹簧。本专利技术记忆合金弹簧振动响应峰值控制的原理是记忆合金材料具有超弹 性，拉伸的力与位移有一部分呈平台状态。当外力达到一定值后，只增加位移， 支撑作用力不变，或变化不大，呈平台状态，即"平台效应"，如图1所示。 超弹性弹簧也有部分呈平台的曲线，如图2所示。支撑弹簧进入超弹性状态后， 振动响应峰值不再增加，在等响应峰值下，位移仍然增大，对^/L械工程结构的 支撑刚度随即下降，使机械工程结构的振动响应特性曲线发生了变化，振动响 应频率下移而离开原高峰的响应区。靠"平台"效应，自动下降支撑刚度，达 到振动响应峰值的不超载，从而避免了被减振件的损坏。这与用超弹性阻尼减 振的机理不一样，是减振隔振的新理念。这种减振系统重量轻、尺寸小、减振 隔振频段宽、适应性大。本专利技术与现有技术相比的优点在于1、本专利技术根据被减振设备的材料、形状和给定的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值，再根据减振空间选择弹簧类型，并利用记忆合金超弹性平台， 控制振动的响应峰值，可以使响应峰值稳定在预定的范围内，有效地保护了设 备的安全。2、本专利技术的记忆合金超弹性弹簧在振动中对频率变化不敏感，覆盖频率面 宽，从5Hz-2000Hz都能起到减振的作用，克服了现有减振方法中，不同频率 选用不同的弹簧参数和高阻尼件，使减振安装较复杂，占用空间大的缺点。 附图说明图1为记忆合金材料典型拉伸-位移曲线； 图2为弹簧片组件压缩力-位移简化曲线； 图3为本专利技术实施例1的记忆合金弹簧片组件； 图4为本专利技术实施例1的机箱插槽； 图5为本专利技术实施例1的电路板在插槽内的安装状态； 图6为本专利技术实施例1的弹簧片受力简图； 图7为本专利技术实施例1的弹簧片平台典型曲线图； 图8为本专利技术实施例2的精密仪器板运输减振示意图； 图9为本专利技术实施例3的整机运输减振示意图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。，包括以下步骤1)根据被减振设 备的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值；2)根据给定的减振空间确定记忆 合金超弹性弹簧类型；3)利用记忆合金超弹性平台效应，计算记忆合金超弹性 弹簧的承载力，得到记忆合金超弹性弹簧的参数和数量；4)安装记忆合金超弹 性弹簧，实现对振动响应峰值的控制。在步骤3)之后，还可以通过试验验证并调整超弹性弹簧参数。实施例1以才;l箱电聘^反减t泉为例。1、本实施例中电路板的动载荷承载能力为35g,确定响应峰值最大不超过 35g。由于减振空间小于10mm，取减振空间单边为2.3mm,弹簧高3.5mm。 根据机械设计手册弹簧篇中参考常规弹簧计算方法，输入记忆合金材料有关参 数，初步确定弹簧的种类为弹簧片构型。采用一组记忆合金弹簧片在槽内承载，各弹簧片均匀传递载荷， 一组弹簧 片承载力P为2.9N，计算曲线如图7，由0-A、 A-B、 B点以上三部分折线表 示。O-A简化为直线，位移1.2mm， A-B位移1.2mm,根据研制经验，确定各 部分折线的等效当量模量分别为O國A Ep尸25.2GpaA-B a E=9.6GpaB以上E=70 Gpa (奥氏体，杨氏模量)每组弹簧片弹力的计算(可参考机械通用手册，机械工业出版社1993年8 月，弧形可移动梁式弹簧p779)如图6所示。弹力为Pi : Pi=4nEbt3 (f/L3) 其中，L=0.01m 弹簧片跨距f=0.0012m载荷Pp P2作用下的垂直位移 b=0.0037m 弹簧片的宽度 t=0.0003m 弹簧片的厚度 E 弹性模量或等效当量模量 n=6 —组弹簧片的数量弹簧片平台部分弹力计算p1=4 x 6 x 25.2 x 109 x 0.0037 x 0扁33 x (0細2/0.013 )=72.5( N ) p2=4 x 6 x 9.6 x io9 x 0.0037 x 0.00033 x ( 0.0012/0.013 ) + Pf100.12 (N)根据使用经验，弹簧片压平后仍能恢复弹力，应力完全在弹性范围内，不 再进行应力计算，电路板起保护作用的过载系数 ，n2:rh= P"P- 72.5/2.9=25n2= P2/P= 100.12/2.9=34.523从计算结果可以看出，弹簧片在平台部分承载放大从25倍到34.5倍可以 满足不超过35g的设计要求。超过曲线的平台后，弹簧片无超弹性特点，载荷 将迅速增加而进入危险状态。从弹簧片制造和性能测试的结果可以看出，平台 宽度在1mm左右，而平台载荷P^ P2的数值却偏差较大。此时，可以根据偏 差的范围修正弹簧片的参数。2、 选用记忆合金薄板条，由成形模具加工6个连成一体的小弹簧片组件， 外形如图3所示。弹簧片组件1安装于^L箱插槽5内与箱壁的安装面固定，电 路板装在插槽5内，弹簧片组件1、支撑着电路板2。机箱插槽如图4，电路板 2在插槽5中与弹簧片3本文档来自技高网...

【技术保护点】
记忆合金弹簧控制振动响应峰值的方法，其特征在于包括以下步骤：１）根据被减振设备的动载荷能力，确定控制振动的响应峰值；２）根据给定的减振空间、减振设备的重量及安装的要求，确定记忆合金超弹性弹簧类型；３）利用记忆合金超弹性平台效应，计算记忆合金超弹性弹簧的承载力，得到记忆合金超弹性弹簧的参数和数量；４）安装记忆合金超弹性弹簧，实现对振动响应峰值的控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包锦忠，刘冬妹，姚芳，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]